近年來(lái)汽車(chē)市場(chǎng)的電子化日趨明顯，今后隨著(zhù)新能源汽車(chē)的普及，ADAS等附加功能會(huì )越來(lái)越豐富，每臺汽車(chē)中搭載的電子設備的數量也會(huì )相應增加，并且電子設備的種類(lèi)也會(huì )越來(lái)越多樣化。

    

在汽車(chē)的電子化進(jìn)程中，為了實(shí)現車(chē)內電子設備間的通信，車(chē)載LAN的搭載變成了必不可少的存在。由于車(chē)載LAN可以進(jìn)行大量的信息傳輸，因此它在高速通信方面不可或缺，而且由于對高可靠性的通信品質(zhì)的需求，因此會(huì )使用大量的獨特的車(chē)載接口。在車(chē)載LAN中，特別大范圍普及使用的是CAN（控制器區域網(wǎng)絡(luò )）。CAN的傳輸速度最大可達到1Mbps，它通過(guò)差分方式跟總線(xiàn)連接。CAN的總線(xiàn)上面可以連接多個(gè)節點(diǎn)，實(shí)現了1個(gè)對多的通信網(wǎng)的結構。由于CAN這種高可靠性的控制方式，從汽車(chē)導航系統到引擎控制系統一系列用途中都能得到廣泛使用。

    

近年來(lái)，隨著(zhù)車(chē)載攝像頭應用的普及，像視頻信號這種有更大量的信息需要被高速傳輸，車(chē)載Ethernet（以太網(wǎng)）也應運而生了。車(chē)載Ethernet以傳統的工業(yè)用Ethernet技術(shù)為基礎，同樣使用100Base-TX的物理層協(xié)議，是能夠對應100Mbps速率進(jìn)行差分傳輸的接口。車(chē)載Ethernet技術(shù)之一就是標準組織“OPEN Alliance SIG”提倡的BroadR-Reach。BroadR-Reach使用的是一對UTP（非屏蔽雙絞線(xiàn)），它可以達到100Mbps的雙向傳輸，預計會(huì )在車(chē)載攝像上應用并以此為中心普及開(kāi)來(lái)。

 

    

在車(chē)載LAN中如果出現通信故障的話(huà)會(huì )因為直接影響設備而關(guān)系到人的生命安全，因此對通信品質(zhì)的可靠性有近乎嚴苛的要求，特別是對會(huì )影響到通訊品質(zhì)的因素，也就是所謂的電磁噪聲。電磁噪聲問(wèn)題，不僅僅必須防止噪聲對汽車(chē)內使用的無(wú)線(xiàn)通信產(chǎn)生影響，對于周?chē)a(chǎn)生的噪聲也要保證一定的抗干擾能力，從而確保通信的品質(zhì)。CAN和車(chē)載Ethernet的通信方式采用的是差分傳輸，因此可以在一定程度上減少電磁噪聲的問(wèn)題。差分傳輸是在一對傳輸道路上通過(guò)反向施加電流的方式來(lái)傳送信號，傳輸線(xiàn)上產(chǎn)生的磁通都因為相互反向而抵消掉了，因此差分傳輸很難產(chǎn)生電磁噪聲，這是它的特征。

 

但是，關(guān)于周?chē)h(huán)境混入的噪聲，如果這個(gè)噪聲方向在傳輸線(xiàn)上是同向的，差分信號傳輸也很難進(jìn)行干涉，因此會(huì )引起通信故障。所以，即使是差分傳輸方式也不能完全解決掉噪聲問(wèn)題，因為某些原因還是會(huì )產(chǎn)生噪聲的，大致可羅列以下幾種情況，①輸出信號不平衡，②線(xiàn)路不平衡，③和來(lái)自設備內某些其他電路的噪聲結合等。如果①中通信IC等產(chǎn)生的信號沒(méi)有變成理想的差分信號，那么它會(huì )產(chǎn)生同向傳輸的信號成分，這些成分就會(huì )作為噪聲被釋放出來(lái)；如果②中由于線(xiàn)路長(cháng)度以及阻抗的不平衡，那么反向的信號中也會(huì )產(chǎn)生同向的噪聲。此外，如果③中設備內部的其他電路產(chǎn)生的噪聲傳輸到基板內部，在設備內幅射也會(huì )混入噪聲。

    

鑒于上述這些因素即使應用了差分傳輸的車(chē)載LAN也會(huì )因為各種原因而產(chǎn)生噪聲，所以必須要采用對應的噪聲對策產(chǎn)品。在車(chē)載LAN中使用的噪聲對策產(chǎn)品品質(zhì)需要達到汽車(chē)級，具備耐受更高要求環(huán)境的能力。

 

    

作為CAN和車(chē)載Ethernet這種差分接口的噪聲對策產(chǎn)品，一般會(huì )使用共模扼流圈。共模扼流圈的基本構造如圖1所示：一個(gè)磁芯里面有兩根繞線(xiàn)。這兩個(gè)繞線(xiàn)對應的逆向電流流過(guò)時(shí)磁芯里產(chǎn)生的磁通會(huì )相互反向抵消，而同向的電流流過(guò)時(shí)磁通會(huì )相互向同方向產(chǎn)生，因此阻抗較高。通過(guò)這種方式共模扼流圈可以通過(guò)相互反向的差分信號但是卻可以抑制同向傳輸的共模噪聲。

 

 

圖1：共模扼流圈的基本構造

 

關(guān)于CAN中的噪聲對策產(chǎn)品，村田公司已經(jīng)將對應的共模扼流圈DLW43SH系列產(chǎn)品化。該系列產(chǎn)品的外觀(guān)以及主要特征如圖2所示。DLW43SH系列是使用在CAN和FlexRay等車(chē)載LAN中的噪聲對策用共模扼流圈，是尺寸為4.5×3.2×2.6mm的表面貼裝品。特性值最大為100μH的共模電感，此外，DLW43SH的截止頻率約為1000MHz，可對應高速差分信號對高頻的要求。使用溫度范圍在-40~+125℃，因此適用于車(chē)載的廣泛應用。

 

 

圖2：DLW43SH系列的外觀(guān)和主要特性

 

作為DLW43SH系列的小型化產(chǎn)品，DLW32SH系列目前正在開(kāi)發(fā)中。該系列的外觀(guān)以及主要特性如圖3所示。DLW32SH系列的尺寸為3.2×2.5×2.3mm具有小尺寸特點(diǎn)，并且與DLW43SH系列相比，可實(shí)現同等性能。其構造的特征是在產(chǎn)品端子部分使用了金屬支架，可以緩和由于溫度變化產(chǎn)生的熱伸縮影響，適用的溫度范圍達到了-55~+150℃。

　 

 

圖3：DLW32SH系列的外觀(guān)和主要特性

 

此外，村田公司目前正在開(kāi)發(fā)作為車(chē)載Ethernet用共模扼流圈的DLW43MH系列。該產(chǎn)品的外觀(guān)以及主要特性如圖4所示。DLW43MH系列的尺寸和DLW43SH系列同為4.5×3.2×2.6mm，共模電感值提高到了200μH，因此在較寬的頻帶中能起到有效的噪聲對策效果。由于在繞線(xiàn)上下足了功夫并且改善了共模轉差模噪聲，因此噪聲改善效果會(huì )更加好。

 

 

圖4：DLW43MH系列的外觀(guān)和主要特性

 

    

為了確認CAN中DLW43SH系列和DLW32SH系列的噪聲抑制效果，我們使用CAN的評估板進(jìn)行了噪聲測定。噪聲測定是在村田公司的電波暗室內進(jìn)行的，在汽車(chē)電子設備標準規定CISPR25的測試環(huán)境中進(jìn)行了峰值檢測測定。評價(jià)板是用收發(fā)器的TXD端子向CAN輸入250kHz的脈沖信號，與此同時(shí)輸出的CAN信號被傳送到電纜中就可以檢測噪聲了。使用的共模扼流圈是DLW43SH510XK2和DLW32SH510VK2。測定結果如圖5所示。根據圖5所示產(chǎn)生了信號頻率為250kHz的高頻噪聲，但是因為使用了共模扼流圈，噪聲被壓制了最大20dB的程度。

　

 

圖5：CAN中DLW43SH和DLW32SH系列的噪聲控制效果

 

接下來(lái)要說(shuō)的是車(chē)載Ethernet的噪聲對策評價(jià)的結果。所謂測定，是使用車(chē)載Ethernet對應的通信評價(jià)板，測定板之間在通信過(guò)程中放射出的噪聲。測試環(huán)境是如上所述的和CAN相同的CISPR25標準的測試環(huán)境。使用的共模扼流線(xiàn)圈是DLW43MH201XK2。測試結果如圖6所示。由圖6所知，如果不使用共模扼流線(xiàn)圈的話(huà)在66MHz時(shí)會(huì )產(chǎn)生噪聲，并且還會(huì )產(chǎn)生高頻段的噪聲，而使用DLW43MH201XK2的話(huà)噪聲峰值部分相對降低了，顯示表明在較寬頻帶中噪聲得到了控制。

 

 

圖6：車(chē)載Ethernet中DLW43MH系列的噪聲抑制效果

 

 

面向車(chē)載市場(chǎng)的村田的噪聲對策產(chǎn)品以CAN和車(chē)載Ethernet為例介紹了共模扼流線(xiàn)圈DLW43SH系列、DLW32SH系列、DLW43MH系列的產(chǎn)品并且展示了噪聲對策事例。村田公司今后還將繼續充實(shí)面向車(chē)載市場(chǎng)的產(chǎn)品陣容，為電子化的進(jìn)程和解決汽車(chē)市場(chǎng)的噪聲問(wèn)題作出貢獻。